基于理正邊坡軟件的某邊坡塌方原因分析及工程治理

田 野, 羅 飛

((湖北省城市地質工程院,湖北 武漢 430072)

基于理正邊坡軟件的某邊坡塌方原因分析及工程治理

田 野, 羅 飛

((湖北省城市地質工程院,湖北 武漢 430072)

在分析某邊坡巖土工程特性的基礎上,闡述邊坡在開挖過程中發生塌方的原因,以理正邊坡綜合治理軟件為基礎,結合工程實際特點提出采用回填壓實造坡和坡腳擋墻的治理方案,經分析,地下水入滲和人類不合理的工程活動是造成邊坡塌方和滑移的主要原因。方案實施后,取得了較好的工程效果。

邊坡;塌方;原因分析;治理

1 工程概況

某工廠擬在廠區內以一處低洼地為基礎進行開挖形成一個深大的堆碴處,由于碴堆底部要做一系列防水、防滲等特殊處理,需保證將坡體由54.0 m開挖至33.0 m的標高,坡體開挖最大高差達到21 m。擬建開挖邊坡位于廠區西北部(現污酸堆場東部)、長樂山南麓,其西側緊鄰武九鐵路,南側緊鄰廠區鐵路,北側有簡易道路,西北側為馬泉廟。擬建場區屬山前剝蝕地貌單元,場地地勢表現為東高西低,現為垃圾堆場,場地地面標高在37.44～56.47 m(圖1)。

圖1 工程平面圖Fig.1 Engineering plan

2 邊坡地質環境條件

工程區屬亞熱帶大陸氣候,四季分明,最大年降雨量2 360.0 mm,年平均降雨量1 420.2 mm,歷年平均降雨日133 d,多集中在4—8月。

場區大地構造位置屬揚子準地臺下揚子臺褶帶西端Ⅳ級構造單元,該單元是以北西向襄陽—廣濟斷裂、北東向梁子湖斷裂和東西向的雞籠山—高橋斷裂所圍限的三角地塊。場地在鉆探深度范圍內出露的地層主要是三疊系石灰巖及其殘積形成的粘性土、人工堆積填土。

該場地地下水主要為上層滯水,賦存于第①層填土中,其補給來源為大氣降水及地表散水,無統一自由水面,水量大小隨季節變化。測得場地穩定水位為地面以下1.50～16.30 m。據區域水文地質資料顯示,地下水年變化幅度2.0 m左右。第①層填土透水性較強;第②層粘性土透水性極弱,可視為不透水層,為場地相對隔水層;第③層石灰巖因巖溶裂隙發育,含水性、透水性較強。

3 邊坡特征分析

3.1 形態特征

坡體平面形態上寬下窄,軸向西北—東南向,坡向約154°,主體長度約為40 m,后緣寬度123 m,前緣最大寬約100 m,厚度約為6 m,體積約1.2×104m3。

3.2 結構特征

根據現場勘察資料,坡體物質主要由以下四層構成:

③ 中層為強風化巖石或風化殘坡積土,分布于整個坡體上。

④ 石灰巖(T),青灰、灰白色,隱晶質結構,塊狀構造,巖石致密堅硬,裂隙較發育,巖體較完整,巖芯多呈短柱、中柱狀。巖質堅硬,屬堅硬巖,巖體基本質量等級為Ⅱ級。頂板埋深約為18～27 m。

3.3 變形特征

在場地平整后,業主方在沒有任何支擋加固措施的情況下,采取1∶1一坡到底的開挖方式從54.0 m直接開挖至33.0 m,切坡高度達到21 m,之后挖方邊坡土方局部或大面積發生塌方或滑塌現象。坡后側出現臨空滑裂面,坡體中后部拉張裂縫寬1.6 m,延伸長約50 m,垂直錯距最大約2 m,兩側周界剪切裂縫斷續延伸,裂縫寬20～40 cm,有進一步貫通趨勢,裂縫出口位于坡腳下部并伴有小規模滑塌。坡頂臨近一廢舊廠房因滑塌造成基礎出露(基礎埋深約3 m),廠房樓板內出現平行于坡體走向的裂隙,裂隙長約10 m,縫寬3～5 cm。

3.4 類型分析

根據邊坡的物質組成、厚度、體積、成因屬性及運移方式等,分析坡體類型,從而為治理提供依據。根據地層資料,巖土體自上而下分別為雜填土、殘坡積含碎石粘性土、強—中風化巖和完整基巖,按坡體的組成物劃分屬基巖類淺層邊坡體滑移。本邊坡是由于不合理開挖切坡,形成外傾臨空面,加之強降雨和過往車輛震動影響,下部先滑,使坡體上部巖土體失去平衡而變形滑動,橫向張性裂隙發育,表面呈陡坎狀,從力學性質角度和運動形式來分析屬牽引式滑移。

4 邊坡塌方成因機理分析

邊坡塌方的產生受多種因素的綜合影響。本邊坡產生的主要因素有以下幾方面:

4.1 地質環境因素

坡體位于山前剝蝕地貌單元,為一凸型坡,地形上緩下陡,上部地形坡度20°～30°,下部受工程活動切坡影響,前緣形成了高約21 m,坡度約50°的陡坡,這樣的地形地貌條件為坡體的變形提供了有利的臨空條件;滑坡體物質主要為結構疏松的殘坡積含碎石粘性土及風化基巖碎塊,這樣的巖土體結構特征,工程性質差,透水性好,有利于地表水的下滲。厚層的松散碎石粘性土、基巖碎塊,為塌方的形成提供了物質基礎。這是塌方形成的重要內在因素。

4.2 降水因素

降雨是影響邊坡穩定性及誘發邊坡失穩的最主要外界條件之一。工程區年平均降雨量1 420.2 mm,歷年平均降雨日133 d,雨量充沛。密集而強烈的降雨,使得該區產生了豐富的地表水,在未采取有效的降、排水措施情況下,地表水大量滲入,增加了巖土體容重,增大了下滑力,降低了巖土體的內聚力,改變了巖土體的力學強度,降低了巖土體抗滑能力,誘發塌方的產生。

4.3 人類工程活動

主要表現為開挖切坡,形成高約21 m的陡坎,坡度約45°,為塌方的形成提供了較好的臨空面。坡體內部應力釋放,破壞了原邊坡的穩定平衡,邊坡坡體本身植被覆蓋率底,還存在經常性的車輛震動影響,一旦巖土體強度或結構條件發生變化,地表水入滲,下滑力大于抗滑力即產生滑移或塌方。這是塌方形成的外在因素之一。

圖2 設計計算界面Fig.2 Design interface

圖3 穩定性計算條分圖Fig.3 Calculation slice of profile stability

5 邊坡設計計算

本工程設計以理正邊坡綜合治理軟件為基礎,結構安全等級為一級。滑坡體按回填造坡形成的坡體進行計算,滑面取至回填土體與強風化基巖或老粘土界面處,回填壓實土C=15 kPa,φ=10°,γ=18.0 kN/m3;滑床強風化基巖或老粘土C=40 kPa,φ=18°,γ=19.0 kN/m3。計算方法參照 《建筑邊坡工程技術規范GB 50330—2013》,不考慮地震影響,采用拆線滑動面R/T模型計算安全系數和剩余下滑力[1](圖2、圖3)。

圖4 穩定系數計算Fig.4 Calculation of stability coefficient

圖5 剩余下滑力計算Fig.5 The calculation of remaining sliding force

根據計算結果顯示,塌方回填造坡后形成的滑坡體在沒有支擋措施的情況下,整體穩定性系數為1.067,屬于不穩定或欠穩定狀態(圖4)。按照規范安全系數,計算得到的剩余下滑力為169 kN/m(圖5)。在增加擋墻治理措施,并考慮坡頂30 kPa的荷載,剩余下滑力為0時重新計算得到的整體穩定性系數>1.35,說明擋土墻可以成為本工程有效的治理措施。根據對擋土墻的驗算,擋土墻抗滑移、抗傾覆及承載力等均滿足規范要求。

6 邊坡塌方治理

本塌方邊坡治理方案為:坡頂錨桿+坡面回填壓實+坡腳擋土墻(圖6)。

6.1 放坡

由于塌方造成坡面土體破壞,本工程首要措施采取回填壓實造坡,通過坡面回填形成三級坡面和平臺,一級坡高6 m,坡比1∶1,二級坡高6 m,三級坡高6.5 m,二、三級坡比均為1∶1.75,平臺寬3.0 m。坡面進行掛網噴砼處理,網噴砼厚80 mm,強度C20,鋼筋網采用Φ6.5 mm@250×250,放坡面層按剖面設計要求打入土釘,土釘選用長1 m、直徑為Φ16的鋼筋,縱橫間距1.5 m×1.5 m。坡面設置直徑50 mm,長度約1.0 m的PVC泄水管,縱橫間距3 m×2 m。

6.2 錨桿

考慮到坡頂要修建道路,在一級坡面設置三排錨桿,第一排設置離地面1.5 m處,錨桿水平垂直距離均為1.5 m,錨桿長度為15 m且錨桿進入穩定巖土層≥5 m。錨桿都選用HRB400Φ25,傾角為15°進行布置,開孔直徑為150 mm,漿體材料為42.5R水泥凈漿,水灰比1∶0.45～1∶0.50,錨桿腰梁由一根14B槽鋼組成。

6.3 擋墻

6.3.1 擋墻基礎

本工程擋土墻為重力式擋土墻,擋墻高5 m(基礎1 m),頂寬1.8 m,基礎埋置于強風化層中。

6.3.2 材料

(1) 擋土墻用毛石混凝土澆筑,毛石應選用堅實、未風化、無裂縫潔凈的石料,強度等級不低于MU30;毛石尺寸不應大于所澆部位最小寬度的1/3,且≤30 cm,表面如有污泥、水銹,應用水沖洗干凈。每層澆筑砼厚度≤30 cm,塊石上下之間不得疊置,應有10 cm以上的間距。最終混凝土澆筑層面應有10 cm素砼覆蓋。混凝土強度等級為C15。擋土墻每隔15 m設一條伸縮縫,縫寬30 mm,內填浸瀝青杉木板。

(2) 擋土墻上部用M7.5水泥砂漿抹面,厚度≥30 mm,擋土墻墻后回填Φ值較大、透水性較好的砂性土或碎塊石土,填土分層夯實,填方前應清楚坡面雜物、植被,每填30 cm壓實一次,壓實度>90%,避免振動施工;排水孔后做好濾水層,以防泥沙淤塞,排水孔下鋪設≥300 mm厚粘土隔水層,隔水層需充分夯實;排水孔水平間距為2 m,豎向間距為3 m,孔徑為110 mm,進水端采用土工布過濾。

(3) 擋土墻基礎埋深1 m,基礎全面開挖時,應采用分段開挖。開挖一段,立即漿砌、回填一段。

6.3.3 其它

(1) 擋土墻伸縮縫每隔10～20 m設置一道,縫寬為30 mm。

(2) 擋土墻泄水孔成梅花狀上下左右交錯,最后一排泄水孔的出口高出地面≤0.5 m。泄水孔向外傾斜5%并在墻背泄水孔附近做好濾水層。

圖6 典型剖面圖Fig.6 Profile of typical area

(3) 擋土墻回填采用透水性較好的殘積粘土,邊回填邊夯實,壓實系數≥0.90。

(4) 對于超深部分挖至持力層后平整,然后采用C15毛石混凝土填至設計標高。

7 治理效果與結論

本邊坡治理工程己竣工1年多,邊坡位移得到有效控制。根據治理施工期間和治理后半年的監測數據顯示,最大水平位移在1 cm以內,未出現新的滑移或明顯沉降。通過坡頂排水溝的設置,有效地防止地表水對坡體的影響,整個塌方后邊坡治理取得了較好的效果。后期隨著礦碴的填埋,坡體將得到壓腳加固,穩定性也將更加提高(照片1、照片2)。

照片1 治理前邊坡Photo 1 The slope before treatment

照片2 治理后邊坡Photo 2 The slope after treatment

根據本工程可見,地下水入滲和人類不合理的工程活動影響是造成邊坡塌方和大面積滑移的主要原因,在類似地質災害治理中應引起重視。同時采用回填、壓實修坡+坡腳擋墻的方法是處理邊坡塌方的有效措施。在此類工程的治理設計中應注意回填坡度要根據穩定性驗算獲得,宜將擋墻后回填坡與擋墻分開進行設計驗算,將回填坡以剩余下滑力的形式作用在擋墻上對擋墻進行設計,即做給定滑面的穩定性驗算更貼近本工程的實際情況。理正邊坡綜合治理軟件可以達到將工程治理措施與治理后坡體穩定性結合進行驗算的效果,具有較好的實用性。本工程可為類似邊坡塌方工程治理提供一定參考。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑邊坡工程技術規范:GB50330—2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2013.

(責任編輯：陳文寶)

A Slope Collapse Analysis and Project Management Based on the Lizheng Slope Comprehensive Management Software

TIAN Ye, LUO Fei

(HubeiInstituteofUrbanGeologicalEngineering,Wuhan,Hubei430072)

The paper evaluates the characteristics of a slope geotechnical engineering,and the reasons for the slope collapse are analyzed.At the same time,the governance program is proposed combining with the actual characteristics of the project based on the Lizheng slope comprehensive management software.The analysis shows that the groundwater infiltration and irrational human activities are the main causes of landslides and slippage,Which should be pay attention in the similar geological disaster management.The governance program of backfill slope and the bottom of the retaining wall is proposed Through the implementation,the program achieves a better effectiveness.

slope; collapse; cause analysis; management

2016-08-29;改回日期:2016-10-10

田野(1984-),男,工程師,碩士,地下水科學與工程專業,從事基坑、地災等方面工作。E-mail:23997194@qq.com

TU457

A

1671-1211(2016)06-0975-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.033

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161109.1112.036.html 數字出版日期:2016-11-09 11:12